衰减系数
衰减系数(英语:attenuation coefficient)通常是指某些物理量例如光子、声波、电子、粒子的数量或能量等等,在物体中单一方向行进贯穿的难易程度。以光线为例,衰减系数大,代表光线进入某特定物质时会快速变弱;衰减系数小,代表光线可以很容易穿透此物质,即此一物质是相当透明的。[1]
衰减系数其实是几率概念:假设100个光子每行进一公分,20个光子与物质发生特定交互作用被吸收掉,衰减系数就是每公分损失20%,写成为长度单位的倒数,0.2 cm-1。以国际标准单位制来表示,可写成20 m-1,单位为米分之一。
衰减系数大小与入射标的物的性质有关,例如入射光波长;也与贯穿作用物质本身的性质有关。
相关领域
编辑衰减系数的概念使用于许多领域与学门,有不同的名称,但是其数学定义非常类似:数量衰减,能量衰减,电磁场强度衰减,功率衰减,等等。
- 游离辐射,以伽玛射线或X射线为例,衰减系数之符号定义为 ,常用单位为cm-1。
- 辐射防护,以类似概念质量衰减系数(mass attenuation coefficient)进行讨论。
- 高能物理或核子工程核反应堆讨论,以中子为例,称为巨观截面(macroscopic cross section),符号定义为 ,常用单位为m-1。
- 声波,衰减系数又称粒子大小分布(particle size distribution),符号定义为 ,常用单位为m-1。
- 超声波,衰减系数称为超声波衰减(ultrasound attenuation),符号定义为 ,常用单位为dB·cm−1·MHz−1。
- 电磁波,能量传输损耗(transmission loss)[2],衰减系数之符号亦为 ,常用单位,衰减系数为dB·km−1。衰减系数为行进常数(propagation constant) 之实部。
数学概述
编辑以下将以数学概述衰减系数定义,简单描述相关概念。
线性衰减系数
编辑线性衰减系数,或定向衰减系数(direction attenuation coefficient),常用于游离辐射领域,是指在一单位体积的介质中,入射标的物沿着一单位长度与介质作用而消失的几率大小,常用符号为μΩ,数学定义 [3] : 此处Le,Ω为辐射率。
频谱线性衰减系数
编辑频率谱定向衰减系数(spectral directional attenuation coefficient in frequency)与波长谱定向衰减系数(spectral directional attenuation coefficient in wavelength)指特定波长或频率的电磁波或光子打入一单位体积的介质后,入射标的物沿着一特定方向,直线前进每一单位长度间,与介质作用而消失的几率大小,相应的常用符号各自为μΩ,ν与μΩ,λ。数学定义[3]
此处相关符号的定义如下,
半球式衰减系数
编辑半球式衰减系数(Hemispherical attenuation coefficient)指光子束或粒子束打入一单位体积的介质后,以半球状方式扩散,入射标的物沿着一单位长度与介质作用而消失的几率大小,常用符号为μ,数学定义[3] : 此处相关符号的定义如下,
- Φe为辐射通量(radiant flux),又称辐射功率;
- z为此光束或粒子束在介质中的路径长度。
谱线半球式衰减系数
编辑频率谱半球式衰减系数(spectral hemispherical attenuation coefficient in frequency)与波长谱半球式衰减系数(spectral hemispherical attenuation coefficient in wavelength)指特定波长或频率的电磁波或光子束打入一单位体积的介质后,以半球状方式扩散,入射标的物沿着一单位长度与介质作用而消失的几率大小,相应的常用符号各自为μν与μλ[3]
此处相关符号的定义如下,
游离辐射
编辑在游离辐射领域,实务概念采用质量衰减系数,描述入射标的物与传递介质间发生交互作用的几率。[1]
- 质量衰减系数:每公斤介质和光子发生作用之几率。
- 原子衰减系数:每一个原子和光子发生作用之几率。
- 电子衰减系数:每一个电子和光子发生作用之几率。
相关定义与常用单位简述[1]如下:
- 质量衰减系数=μ/ρ(平方米/公斤)。
- 原子衰减系数=(Z/1000Ne) (μ/ρ)(平方米/原子数)。
- 电子衰减系数=(1/1000Ne) (μ/ρ)(平方米/电子数)。
补充相关符号定义如下:
- μ:线性衰减系数(linear attenuation coefficient,cm-1)。
- ρ:介质质量密度(kg/m3)。
- Z:原子序。
- A:质量数。
- Ne(电子数/克)=(Na Z)/A,其Ne约等于3.01
- Na为亚弗加厥数,
相关条目
编辑参考资料
编辑- ^ 1.0 1.1 1.2 James E. Turner. 朱铁吉 , 编. 原子、輻射、與輻射防護 2nd. 民全书局有限公司. 1995. ISBN 9579122113 (中文(台湾)).
- ^ A. Bruce Carlson. 汤鸿沼 , 编. 訊號與通訊 3rd. 全华科技图书股份有限公司. 1992. ISBN 9572100262 (中文(台湾)).
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Thermal insulation — Heat transfer by radiation — Physical quantities and definitions. ISO 9288:1989. ISO catalogue. 1989 [2015-03-15]. (原始内容存档于2016-03-04) (英语).